ПВХ — особенности и характеристики материала || Что такое полихлорвинил

1. Поливинилхлорид непластифицированный (жесткий)

Поливинилхлориды различают по методу полимеризации: эмульсионный (ПВХ-Э), суспензионный (ПВХ-С), в массе (ПВХ-М); а также по их основным свойствам: жесткие сорта без пластификаторов, пластифицированный (ПВХ-П) и поливинилхлоридные пасты. В таблице 4 раздела «Полиолефины» приведена базовая структура винилхлорида и его сополимеров.

ПВХ получают полимеризацией винилхлорида, который получают крекингом дихлорэтена, образованного хлорированием этилена. Высокое содержание хлора определяет экономическое значение ПВХ и его специфические свойства. При получении ПВХ в массе, получается наиболее чистое вещество с узким распределением размеров частиц. Перерабатываемость и термическая стабильность лучше, чем у суспензионного ПВХ. Материал восприимчив к пластификаторам и жидким добавкам.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

В то время как обычные термопластичные материалы доступны в виде готовых к переработке составов, поливинилхлоридный порошок обычно смешивают с необходимыми добавками во время переработки. если по технологии не требуется использование гранулированных материалов, то используют сыпучие порошковые смеси или агломераты.

Такие процессы очень экономичны, а также снижают вероятность деструкции теплочувствительного поливинилхлорида. Размер первоначальных частиц эмульсионного ПВХ составляет 0,1-2 мм, конечные же размеры и форма определяются условиями переработки (сушки). Это позволяет получать смолы для различных нужд:

ПВХ — особенности и характеристики материала || Что такое полихлорвинил

мелкозернистые смолы (с микроразмерами частиц) используют для пластизолей, тонкозернистые смолы легко перерабатываются каландрованием, грубо-зернистый сыпучий ПВХ с высокой объемной плотностью используют в экструзии, а пористый для мягких пластиков. ПВХ-Э содержит до 2,5 % эмульгатора, а иногда и других неорганических добавок.

В связи с типом этих добавок и их количеством, прозрачность, водопоглощение и электрические свойства ПВХ-Э обычно ниже таковых у ПВХ-С и ПВХ-М. ПВХ-Э обладает наилучшей перерабатываемостью, что приводит к получению изделий с гладкой непористой поверхностью, более высокой прочностью и низкой электростатической поляризуемостью.

Оба, суспензионный ПВХ с размером частиц от 0,06 до 0,25мм и ПВХ-М с практически однородным гранлометрическим составом, являются очень чистыми веществами, что связано с технологией их получения. С добавлением небольшого количества стабилизатора, оба материала подходят для высококачественных изделий с хорошей механической и электрической несущей способностью, с коррозийно- и атмосферостойкостью.

Смолы с пористыми частицами (объемная плотность 0,4-0,5 г/мл) подходят для пластифицированного ПВХ, а с компактными частицами (объемная плотность 0,5-0,65 г/мл) для непластифицированного ПВХ. Хлорированный поливинилхлорид (ПВХ-Х) с повышенным содержанием хлора до 60% труднее перерабатывается, зато стоек к температурам до 100

С. Поливинилхлориды нельз перерабатывать без добавления стабилизаторов, которые предотвращают обесцвечивание и деструкцию полимера с отщеплением HCl при высоких температурах во время переработки, а также разрушение под действием повышенных температур и УФ-излучения во время эксплуатации. Также добавляют смазки и абсорберы ультрафиолета.

Введение основного карбоната кальция в качестве наполнителя в количестве 5-15% облегчает экструзию и увеличивает ударную вязкость при испытаниях с надрезом. Расплав поливинилхлорида очень вязкий и чувствительный к сдвиговой нагрузке и температуре. Экструдирование труб, профилей и листов, а также каландрование листов – это основные промышленные методы переработки ПВХ.

С до тех пор, пока толщина не достигнет 0,02-1мм (в основном 0,1-0,2мм для ПВХ-С и ПВХ-М). низкотемпературный процесс применяется для пленок их эмульсионного ПВХ с большим значением константы Фикентчера (К). При этом температура снижается со 175 до 145

С, а пленка каландруется и затем растягивается в одном или двух направлениях на горячем валу (240

Polyvinylchloride-repeat-2D-flat.png

С). Полученная пленка с толщиной примерно 0,5мм используется для ламинирования панелей и блоков на этажных прессах. Порошковый или гранулированный материал используется для экструзии жесткого ПВХ при температурах 170-200

С. Для переработки порошковых смесей требуется использование двухшнековых экструдеров, либо одношнековых с длинной шнека 20D. Только суспензионный ПВХ и ПВХ полученный в массе с низкими значениями К можно использовать в литье под давлением (температура расплава 180-210

С, температура формы 30-50

С) или литье с раздувом. Переработка ПВХ требует лучшего контроля температуры, чем другие термопласты, так как при перегреве ПВХ начинает деструктировать. Поэтому очень важно, чтобы шнеке и форме не образовывались застойные зоны. Для сварки жесткого ПВХ могут использоваться стандартные методы: сварка горячим газом, ультразвуковая и высокочастотная сварка.

Идентификация

Поливинилхлориды различают по молекулярной массе, значению константы Фикентчера К либо по числу вязкости. Последние два основаны на относительной вязкости полимера в растворе и являются пропорциональными. Существует взаимосвязь между следующими характеристиками: константа Фикентчера ( ISO 1628-2 и DIN 53726), удельная вязкость, число вязкости J (DIN 53726-8), характеристическая вязкость (ASTM D 1234-T), показатель текучести расплава (ISO 1133 и ASTM В1238) и числовое и массовое распределение молекулярной массы.

Константа Фикентчера (К) для ПВХ смол, используемых для получения термопластичных изделий, обчно имеет значение от 50 до 80, согласно DIN EN ISO 1628-2. Чем выше значение К, тем лучше механические и электрические свойства конечных изделий, однако высокие значения К говорят и о трудностях переработки непластифицированного ПВХ. В таблице 1 приведены значения К ПВХ смол для стандартных методов переработки.

Табл. 1. Области применения различных марок ПВХ

Марки ПВХ Жесткий ПВХ Пластифицированный ПВХ
Метод переработки Э С М Э С М
Значение константы Фикентчера К
Каландрование (60-65) 57-65 57-65 70-80 65-70 70
Термопленки 78 _ _
Напольные покрытия 65-80 65-80
Экструзия жесткого ПВХ:
-Трубы 67-68 67-68
-Оконный профиль 68-70
-Конструкционный профиль 60-70 60-68 60-68
-Листы 60-65 60 60
-Рукавные пленки 60 57-60 57-60
Экструзия ПВХ-П 65-70 65-70 65-70
Кабельное покрытие 70-90
(предпочтительно) 70 70
Литье с раздувом 57-60 57-60 65-80 60-65
Литье под давлением 50-60 56-60 65-70 55-60

Э-эмульсионный; С-суспензионный; М-полученный в массе

ПВХ — особенности и характеристики материала || Что такое полихлорвинил

Жесткий ПВХ является термопластичным материалом с высоким модулем эластичности, но низкой стойкостью к истиранию, ударопрочным при низких температурах с долговременной переменной усталостной прочностью. Рабочие температуры относительно низкие: кратковременные до 75

С, длительные до 65

С. Соответствующий подбор добавок гарантирует отличные электрические свойства, особенно при низких напряжения, в низкочастотном диапазоне. Высокие частоты приводят к нагреванию из-за высокого коэффициента электропотерь. Проницаемость ПВХ для воздуха, N

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

ниже, чем у полиолефинов, проницаемость водяного пара выше. При температурах до 60

С жесткий ПВХ устойчив к действию большинства разбавленных и концентрированных кислот, кроме олеум содержащей серной кислоты. ПВХ устойчив к спиртам, бензину, минеральным маслам, жирам, эфирам, кетонам, хлорированным углеводородам, а в ароматических углеводородах ПВР растворяется либо набухает в различной степени.

ПВХ устойчив к трещинообразованию. Соответственно стабилизированный ПВХ может использоваться вне помещений. Непластифицированный ПВХ физиологически нейтрален. Большинство изделий из ПВХ замедляют горение, даже без дополнительных добавок. Пламя затухает при удалении источника пламени. В зависимости от метода полимеризации ПВХ может быть просвечивающимся или прозрачным, он также легко окрашивается. Наполнители обычно используются для снижения стоимости, стекловолокно редко применяют для упрочнения ПВХ (смотри таблицу 2).

Табл. 2. Свойства наполненного жесткого ПВХ

Наполнители жесткого ПВХ φ σB εB Et Vicat-T ρ
% МПа % МПа °C г/см3
Без наполнителя 60 6-10 2700 85 1.36
СаСОз 30 46 8 3200 94 1.53
100 116 1.78
Осажденный СаСОз 15 30-47 6 3100 87 1.45
Мел 20 34 6 3500 1.48
Кварцевая мука 20 38 3100 _ _
Стекловолокно 40 25 3 8000 85 _
Воластонит 20 25 5.4 1.47

Vicat-T – температура размягчения по Вика

В производстве труб и профилей из жесткого ПВХ добавляют 1-2% мелкозернистого мела (5-10 мкм) для улучшения перерабатываемости. Введение серы до 15% увеличивает ударную вязкость в 2 раза. Более 40% серы вводят в трубы и профили (трубы высокого давления, дренажные трубы) в зависимости от необходимой устойчивости к механическим напряжениям.

Мел поглощает выделяющиеся кислоты и тем самым улучшает термостабильность. Каолин добавляют к пластифицированному ПВХ при производстве кабеля для улучшения объемного сопротивления. Силикаты увеличивают тиксотропию, а полученные изделия имеют матовую поверхность. Гидроксид алюминия улучшает устойчивость к горению.

Прочность ПВХ с 5-12% модификатора ударопрочности примерно в 2 раза выше, чем у обычного ПВХ. Эластомеры эфира полиакриловой кислоты (ACM), хлорированный ПЭ и сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) при диспергировании в массе выступают в роли модификатора ударопрочности. ACM применяется как привитой сополимер либо в качестве сополимера с метилметакрилатом с содержанием акрилонитрила 60-90%.

АСМ добавляют к ПВХ в количестве обычном для модификаторов: примерно 5-7%. В отличие от АСМ, хлорированный ПЭ и СЭВА до определенной степени являются чувствительными к сдвиговым нагрузкам. Поэтому ударопрочность при их применении зависит от режима переработки. Полиакрилаты, модифицированные полистиролом, используются для получения прозрачных изделий с улучшенной ударопрочностью.

Табл. 3. Сравнение свойств винилхлоридных полимеров и смесей

Свойства Единицы измерения Винилхлоридные полимеры и смеси
PVC-C VCA acrylate mod. PVC VCA PVC-PE-C PVC ASA PVC-P/DOP PVC-U
75/22 60/40
ρ г/см3 1.55 1.34-1.37 1.42-1.44 1.36-1.43 1.28-1.33 1.24-1.28 1.15-1.20 1.38-1.4
Et МПа 3400-3600 2200-2600 2500-2700 2600 2600-2800 2700-

3000

σy МПа 70-80 45-55 45 40-50 45-55 50-60
εy % 3-5 4-5 4-5 3 3-3.5 4-6
εtB % 10-15 35->50 >50 10->50 ок. 8 >50 >50 10-50
σ50 МПа
σB МПа
εB %
Tp оС
HDT оС ок. 10 72 74 69 65-85 65-75
αp 10-5 6 8-9 7-7,5 8 7.5-10 18-22 23-25 7-8
αn 10-5
UL94 Класс V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
εr100 3.5 3.5 3.5 3.1 3.7-4.3
tanδ 100 10-3 140 120-140 120 140 100-120
ρe Ом*м >1013 >1013 >1013 >1012->1014 1012->1014 1012 >1011 >1013
σe Ом 1014 >1013 >1013 >1013 1012->1014 >1011 >1010 >1014
EBI кВ/мм 15 30 30-35 ок. 25 20-40
Ww % 0.1 <0.25 0.5 0.1 0,4-0,8 0,1
WH % 0.01 <0.01 <0.1 0.03 0,1-0,3 0,01

История

PVC-3D-vdW.png

Впервые поливинилхлорид из винилхлорида получил в 1835 году Анри Виктор Реньо во Франции. Произошло это в ходе случайных экспериментов. Сохранились записи ученого, в которых он не смог охарактеризовать и назвать полученное вещество.

Следующая волна исследований поливинилхлоридного соединения датируется 1878 годом. Но и тогда применения ему не нашлось и эксперименты приостановили.

В 1913 в Германии химик Фриц Клатте, изучив свойства вещества, запатентовал производство ПВХ. Реализовать его идеи помешала наступившая Первая мировая война.

Почти параллельно с Клатте в Германии поливинилхлорид исследовал Уолдо Силон в Америке. В 1926 году он запатентовал идею создавать из нового волокна занавески для ванной комнаты.

Промышленное производство предметов из нового материала началось в 1931 году.

Меньше чем через 15 лет поливинилхлоридное полотно прочно вошло во многие отрасли промышленности. Из него стали делать также посуду, предметы быта, автомобильные детали и пр.

Особенности эксплуатации

В основе ткани лежит сеть из полимеров. Их нити (полиэстера, нейлона, или лавсана) крепко сплетены между собой. Эту сеть покрывают слоем ПВХ.

Для придания изделию тех или иных свойств, его покрывают лаком и всевозможными химическими присадками. Например, полиуретан обеспечивает эластичность вещи и нестираемость.

  • Основное требование по использованию вещей и одежды из данной ткани — соблюдение условий ухода. Обязательно внимательно изучить инструкцию к изделию после его приобретению.
  • Занавески, матрасы, плащи из ПВХ нельзя стирать в машинке.
  • Следует помнить, что жечь вещи из ПВХ опасно.

Физические и химические свойства

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

Молекулярная масса — 9—170 тыс. Да. Плотность — 1,35—1,43 г/см³. Температура стеклования — 75—80 °C (для теплостойких марок — до 105 °C). Температура плавления — 150—220 °C. Теплопроводность — 0,159 Вт/м·К. Трудногорюч. При температурах выше 110—120 °C склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl[2].

Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане, ограниченно — в бензоле, ацетоне (набухает). Не растворяется в воде, спиртах, углеводородах (в том числе бензине и керосине). Устойчив к действию кислот, щелочей, растворов солей, жиров, спиртов, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Предел прочности при растяжении — 40—50 МПа, при изгибе — 80—120 МПа. Удельное электрическое сопротивление — 1012—1013 Ом·м. Диэлектрическая проницаемость (при 50 Гц) — 3,5.

Тангенс угла диэлектрических потерь порядка 0,01—0,05.

Основные характеристики ПВХ

Есть ряд параметров, по которым определяются качества материала. Среди них:

  • Плотность. Измеряется в граммах на кв.метр. Широко варьируется. Популярные высокие показатели: 550-800 г/кв.метр.
  • Прочность, способность к растяжению. Она должна соответствовать стандартам: ISO — международный, DIN — немецкий, EN — европейский.
  • Толщина нити. Измеряется в тексах. Самые востребованные ткани имеют прочность в 110 текс.
  • Огнеустойчивость.
  • Нефтеустойчивость.
  • Горючесть.
  • Температурный режим использования. Может достигать 70 градусов.

Для специализированных производств качественные и количественные показатели отличны.

Получение

Получается суспензионной или эмульсионнойполимеризациейвинилхлорида, а также полимеризацией в массе.

Плюсы ПВХ

Полимерное покрытие дает изделиям ряд общих преимуществ. Среди них:

  • Эластичность.
  • Плотность и прочность.
  • Водостойкость. Материал не пропускает влагу.
  • Воздухонепроницаемость. Будучи минусом в легкой промышленности, это качество становится плюсом при использовании в нужной области.
  • Термостойкость. Ткани не страшны предельно низкие и высокие температуры.
  • Солнцестойкость. Качественные вещи, созданные с соблюдением высоких стандартов, не выгорают под прямыми солнечными лучами.
  • Неокисляемость.
  • Бюджетность. Поливинилхлоридные полотна имеют доступную стоимость.
  • Относительно долгий срок службы. Составляет от 5 до 15 лет, в зависимости от конкретных характеристик и типа изделия.

Недостатки

Длительное воздействие ультрафиолета, например при попадании прямых солнечных лучей, на изделия из ПВХ может привести к фотодеструкции, вследствие чего изделие теряет эластичность и прочность. Для предотвращения этого явления в состав ПВХ вводят светопоглощающие красители, что позволяет ограничиться деградацией тонкого слоя, толщиной около 0,05 мм, который изменяет свой цвет (процесс «отбеливания», «выгорания»). Также, одежда из ПВХ не подлежит стирке и сухой чистке. После стирки ткань «задубеет», а после химчистки появится дефект «раздублирования».

Безопасность

Основной проблемой, связанной с использованием ПВХ, является сложность его утилизации. При полном сгорании ПВХ образуются лишь простейшие соединения: вода, углекислый газ, хлороводород. Однако при обычном неполном сгорании ПВХ могут образовываться угарный газ и токсичные хлорорганические соединения.[4][5][6].

Ряд токсичных веществ образуется в процессе производства ПВХ[6][7].

Виды ткани

Классификацию по составу и отдельным параметрам провести сложно, так как вариантов в этом отношении множество.

По покрытию выделяют материал:

  • односторонний;
  • двусторонний.

По тому, для создания какого изделия предназначено полотно, его делят на:

  • лодочное;
  • тентовое;
  • баннерное и пр.

В строительных целях и для производства лодок используется поливинилхлорид двух видов:

  • армированный (более безопасный, снабжен дополнительными «удерживающими» элементами);
  • неармированный (простая пленка, подходит для создания детских кругов для плавания и т.п.).

В зависимости от количества добавленных слоев, ПВХ делится на:

  • многослойный;
  • однослойный.

Область применения

Plastic-recyc-03.svg

Поливинилхлорид активно используется для изготовления:

  • спортивного мелкого и крупного инвентаря (батутов, гимнастических матов, борцовских напольных покрытий разной экипировки для спортсменов);
  • специальной профессиональной обуви, сапог;
  • походной одежды (накидок, плащей);
  • рыболовного снаряжения;
  • матрасов для бассейнов;
  • надувных лодок, байдарок;
  • туристических и торговых тентов, палаток и подобных каркасных сооружений;
  • рекламных баннеров и растяжек;
  • натяжных потолков;
  • занавесок и т.п.

Ссылки